Ciupercile - sursa de compusi antitumorali si imunomodulatori

Ciupercile - sursa de compusi antitumorali si imunomodulatori

1.Caracteristicile ciupercilor

Ciupercile sunt clasificate independent de restul organismelor in regnul Fungi. Sunt formate din celule cu nucleu adevarat (eucariote) si se inmultesc prin spori. Ciupercile sunt heterotrofe si isi obtin substantele nutritive esentiale prin catabolizarea compusilor organici urmata de absorbtia lor. Corpul ciupercii, cunoscut sub numele de tal, poate fi reprezentat de o singura celula sau de o structura filiforma denumita hifa. Mai multe astfel de hife imperecheate formeaza miceliul care da nastere de obicei multiplelor celule producatoare de spori. In majoritatea tipurilor de ciuperci, celulele producatoare de spori (bazidii, ascii) formeaza o structura specializata in cadrul tesutului hifal denumita corpul fructului sau sporocarp. Acesti sporocarpii pot varia foarte mult in ceea ce priveste forma, dimensiunea si culoarea, insa in cadrul aceluiasi grup de ciuperci proprietatile fizice ale sporocarpului raman constante.

Regnul Fungi cuprinde 5 filumuri: Chytridiomycota, Zygomycota, Glomeromycota, Ascomycota si Basidiomycota. Acestea difera intre ele in special prin ontogeneza, filogenie, reproducere sexuata si asexuata, modul de producere al sporilor, elementele constitutive ale peretelui celular, etc. Ciupercile mai sunt denumite si macromicete, in opozitie cu termenul micromicete care desemneaza un grup de ciuperci care nu pot fi observate cu ochiul liber. Macromicetele care fac parte din filumul Basidiomycota si o parte din cele apartinand filumului Ascomycota sunt private ca niste ciuperci cu o importanta deosebita in relatia cu organismul uman.

Aplicatiile ciupercilor in medicina dateaza din anul 3000 i.Hr. cand acestea erau folosite in vindecarea bolilor in special in terapiile traditionale orientale. Dupa descoperirea ampicilinei in anul 1929, ciupercile au fost privite ca surse bogate de antibiotice naturale si alti compusi bioactivi. Ciuperci precum Ganoderma lucidum, Lentinus edodes, Fomes fomentarius, Fomitopsis officinalis si alte specii au fost folosite pentru vindecarea diferitelor boli de sute de ani in China, Japonia, Korea si regiunile slave [Wasser SP., 2002]. In zilele noastre, moleculele constitutive ale organitelor macromicetelor alaturi de metabolitii secundari sunt cunoscuti ca substante bioactive ce apartin polizaharidelor, glicoproteinelor, proteoglicanilor, terpenoidelor, acizilor grasi, proteinelor, lectinelor, etc. care poseda anumite proprietati medicinale [Tabelul 1]. In particular, acesti compusi bioactivi pot fi adaugati dietei zilnice prin administrare orala putand fi folositi ca o alternativa sigura si benefica in tratamentul anumitor boli. Aceste substante se gasesc in corpul fructului, miceliu si sporocarp. Au fost izolate cateva astfel de substante majore cu functie imunomodulatoare si/sau antitumorala, in special polizaharide, glicopeptide, glicoproteine, proteoglicani, protein, triterpenoide.

Tabel 1: Diferite grupe de compusi bioactivi izolati din ciuperci.

Activitatea imunomodulatoare a compusilor izolati din ciupercile medicinale este exprimata asupra celulelor efectoare ale sistemului imunitar cum ar fi celulele stem hematopoietice, limfocitele, macrofagele, celulele T, celule dendritice (DC) si natural killer (NK) implicate in imunitatea innascuta si adaptativa, rezultand in produtia de citokine.

Proiect: Clasificarea mutatiilor Proiect: Teoria cromozomala a ereditatii

Efectele terapeutice ale compusilor izolati din structura ciupercilor, precum potentialul antitumoral, activitatea antiinfectioasa sau suprimarea bolilor autoimune se datoreaza de cele mai multe ori capacitatilor imunomodulatorii ale acestora. Imunomodulatorii pot fi agenti terapeutici efectivi in tratarea si prevenirea maladiilor si bolilor. Ca o masura a cresterii numarului de boli care implica disfunctii ale sistemului imunitar si diferite tipuri de cancer si alaturi de ele si boli infectioase s-au elaborat o serie de cercetari medicale in domeniul imunoterapiei cu scopul descoperirii unor compusi naturali cu proprietati terapeutice, care sa nu dezvolte efecte secundare, rezistenta patogenica si sa nu afecteze divitiunea celulara normala, in special in cazul agentilor antitumorali si antivirali.

2.Activitatea imunomodulatoare si antitumorala

Compusii care sunt capabili sa interactioneze cu sitemul imunitar in vederea stimularii sau inhibarii diferitelor aspecte ale raspunsului imun pot fi clasificati ca imunomodulatori sau modificatori biologici ai raspunsului imun. Rolul acestor compusi in stimularea sau inhibarea raspunsurilor imune este dependent de o serie de factori printre care doza administrata, traseul si timpul de administrare al  acestuia. Tipul de activitate poate fi influentat si de mecanismul de actiune al compusului sau natura situsului unde se desfasoara activitatea [Tzianabos AO., 2002]. Astfel, aceste substante pot afecta diferite tipuri de celule precum celulele stem hematopoietice, sistemul imunitar specific si nespecific si de asemenea retelele de citokine si caile de semnalizare. Majoritatea compusilor izolati din ciuperci despre care se cunosc ca au proprietati imunomodulatoare sunt polizaharide, derivati peptidici si proteici ai acestora si proteine imunomodulatoare fungice (Fips). In anumite cazuri si triterpenoidele au rol imunomodulator. Toti acesti compusi prezinta de asemenea propritati antiinfectioase si antitumorale.

Numeroase cercetari au demonstrat capacitatea acestor compusi, in special a derivatilor β-D-glucanilor, de a stimula activarea nespecifica a componentelor celulare si umorale ale sistemului imun al gazdei astfel incat sa determine cresterea activitatii functionale a macrofagelor, celulelor mononucleare si neutrofilelor [Liang J., Melican D., Cafro L., Palace G., Fisette L. si colab., 1998], [Wakshull E., Brunke-Reese D., Lindermuth J., Fisette L., Nathans RS si colab., 1999], [Burgaleta C., Territo MC., Quan SG., Golde DW., 1978]. Sistemul de aparare al organismului impotriva atacului microbian si dezvoltarii spontane a celulelor tumorale maligne cuprinde o corelatie dinamica intre raspunsurile imune innascute (nespecifice) si cele adaptative (specifice). Imunitatea innascuta (reprezentata de macrofage, neutrofile, celule natural killer si dendritice) este regulata de mesageri chimici sau citokine si de activarea raspunsurilor de faza acuta sau inflamatorie [Chihara G., 1992]. Sistemul fagocitar mononuclear (macrofage, monocite), celulele dendritice (DC) si anumite limfocite (exemplu: celulele NK)  joaca un rol important in procesul de recunoastere si distrugere a celulelor anormale. Stimularea macrofagelor si celulelor NK determina producerea de citokine precum interferoni, interleukine si altele care sunt indreptate spre distrugerea celulelor canceroase. Imunitatea specifica declansata in prezenta celulelor tumorale include imunitatea umorala (exemplu: generarea anticorpilor) si imunitatea mediata celular (promoveaza raspunsurile inflamatorii, in final determinand moartea celulelor infectate sau anormale). Astfel, un raspuns imun complet functional este critic pentru recunoasterea si eliminarea celulelor tumorale. Cu privire la efectul metabolitilor ciupercilor asupra celulelor efectoare antitumorale, in ultimii ani, cercetarile medicale au vizat identificarea de ciuperci care prezinta compusi capabili sa stimuleze componente ale sistemului imun, in special agenti antitumorali de origine naturala si care pot fi folositi in siguranta. In acest mod, strategia care sta la baza imunomodularii consta in identificarea anumitor aspecte privind raspunsul organismului care pot fi stimulate sau inhibate intr-un mod care sa permita sporirea sau limitarea raspunsului imun dorit. De exemplu, lentinanul este cunoscut ca un derivate pur β-D-glucanic izolat din Lentinum edodes, care stimuleaza principalele mecanisme imune distrugand celulele tumorale [Figura 1]. Astfel de mecanisme sunt activate si de catre derivatii peptidici sau proteici ai D-glucanilor [Chihara G., 1992]. Desigur, nu trebuie omis faptul ca exista si alte cai si mecanisme prin care ciupercile pot sa previna sau sa reprime cresterea tumorala. In acest sens, a fost dovedit faptul ca anumiti compusi din Grifola lucidum actioneaza prin diferite cai recunoscute ca sporirea detoxifierii de compusii carcinogeni, cresterea activitatii si expresiei enzimelor de faza II, inhibarea expunerii organismului la compusii carcinogeni prin scaderea absorbtiei si cresterea excretiei acestora, reducerea activitatii si expresiei enzimelor de faza I, descresterea sintezei de metaboliti toxici. Aceste activitati sunt corelate cu stimularea efectului antioxidativ si de inlaturare a radicalilor liberi, cresterea efectului antiproliferativ, inducerea diferentierii celulare si a blocarii ciclului celular, inhibarea cresterii tumorale si de asemenea stimularea efectului antimetastazic si antiangiogenezic [Wasser SP.¹, 2005].

Figura 1: Mecanismele activitatii antitumorale ale lentinanului ca un -D-glucan (conform Chihara [6]). Abreviatii: Mac= macrofage; TL(H)= limfocitele T (helper); NK=   celulele natural killer; IL-1, IL-2, IL-3= interleukinele 1,2 si 3; CSF= factorul de stimulare al coloniei; MAF= factorul activator al macrofagelor; PC-TL= limfocite T pre-citolitice; CTL= limfocite T citolitice (citotoxice); BL= limfocitele B.

Chihara a fost printre primii oameni care au raportat efectele antitumorale ale ciupercilor. El a afirmat ca lentinanul a inlaturat aproape complet tumorile de natura solida de tip Sarcoma 180 si alte tipuri de tumori incluzand cea indusa de metilcolantren in sistemul A sinergic gazda-tumora [Wasser SP.², 2005]. Efectul antitumoral al lentinanului a fost confirmat folosind celule Sarcoma 180 transplantate in soareci de tip CD-1/ICD. Mai tarziu, a fost demonstrat ca activitatea tumorala nu este benefica doar in cazul tumorilor alogenice de tip Sarcoma 180 ci si in cazul tumorilor sinergice sau celor autohtone. De asemenea, previne oncogeneza chimica si virala.

3. Principalii agenti imunomodulatori si antitumorali

3.1.Polizaharidele si derivatii lor

Numerosi compusi bioactivi din structura ciupercilor de tipul polizaharidelor, glicoproteinelor, glicopeptidelor, proteoglicanilor sunt considerati imunomodulatori ce afecteaza proliferarea si diferentierea celulelor sistemului imunitar si citokinelor, producerea interleukinelor si a receptorilor ca urmare a recunoasterii acestor compusi fungici de catre anumiti receptori de pe suprafata leucocitelor sau a altor celule imunitare, ducand in final la activarea raspunsurilor imune innascut si mediat celular. Datorita acestor activitati, are loc inducerea mai multor tipuri de celule efectoare antitumorale precum celulele T citotoxice, celulele natural killer si macrofagele. Pe langa aceste calitati, anumiti metaboliti fungici au si proprietati antivirale, antimicrobiene, antifungice sau antiprotozoare [Wasser SP., Weis AL., 1999]. Ciupercile sunt bogate in astfel de compusi la nivelul peretilor celulari. Structural, acesti compusi se clasifica astfel:

Polizaharidele sunt polimeri hidrocarbonati care se gasesc din abundenta in peretele celular al ciupercilor superioare. Ele implica o compozitie chimica diferita incluzand β-glucani, hetero-β-glucani, heteroglicani, complexe α-manozo-β-glucanice carora le-au fost demonstrate proprietatile imunomodulatoare si antitumorale [Tabelul 2]. Dintre acesti compusi, β-glucanii prezinta cea mai importanta activitate imunomodulatoare si antitumorala. β-glucanii sunt polimeri de glucoza care pot forma un schelet neramificat in care resturile de glucoza sunt legate β-1→3, sau pot forma un schelet ramificat in care la resturile de glucoza legate β-1→3 se adauga alte molecule de glucoza legate β-1→6 [Figura 2]. β-glucanii reprezinta constituientii principali ai peretilor celulari ai ciupercilor superioare. Catenele laterale ale heteroglucanilor contin acid glucuronic, xiloza, galactoza, manoza, arabinoza si riboza care se pot combina si cu alte componente. Glicanii sunt alte polizaharide gasite in structura ciupercilor. In general, scheletul acestor polizaharide contine alte resturi decat cele de glucoza. Glicanii se clasifica in galactani, fucani, xilani, manani pe baza componentei glucidice individuale din structura scheletului.

Tabel 2: Cateva polizaharide cu proprietati imunomodulatoare si antitumorale izolate din fungi.

Figura 2: Reprezentarea schematica a structurii moleculare a: a) β-(1→3)-D-glucan; b) -(1→3)-D-glucan; c) 1,6-monoglucozil D-glucan; d) complex polizaharid-peptida/proteina.

Peste 100 de polizaharide si derivati ai lor cu activitati biologice au fost izolate din corpul fructului si din miceliul ciupercii G. Lucidum [Su C., Sun C., Juan SW., Hu C., Ke W., Sheu M., 1997]. Lentinanul, schizofilanul (denumit de asemenea SPG, sonifilan, sizofiran), grifolanul sau GRN, SSG, GLPS, fractia D si MD, PL, PG101, CA1, SCG sunt metabolitii fungici cei mai studiati pentru activitatile lor imunomodulatoare si/sau antitumorale.

3.2.Glicoproteine (complexe polizaharid-proteina)

Polimerii polizaharidici pot atinge complexitatea maxima cand sunt atasati covalent la alte molecule cum ar fi polipeptidele si proteinele. Glicoproteinele consista dintr-un miez proteic inconjurat de numeroase lanturi glucanice [Figura 2, d]. Aceste lanturi se leaga de partea proteica prin legaturi N sau O glicozidice [Tabelul 3]. Complexele β-glucan-proteina, complexele α-glucan-proteina, complexele heteroglican-proteina fac parte din categoria glicoproteinelor antitumorale gasite in structura ciupercilor.

Tabel 3: Cateva caracteristici structurale ale unor β-D-glucani, glicopeptide si glicoproteine izolate din ciuperci.

3.3.Glicopeptide (complexe polizaharid-peptida)

Glicopeptidele au structura similara glicoproteinelor, dar au un lant de aminoacizi mai scurt. PSP si PSK sunt glicopeptide cunoscute pentru activitatile lor imunomodulatoare si antitumorale.

3.4.Proteoglicani

Proteoglicanii sunt cunoscuti ca o clasa de glicoproteine care sunt puternic glicozilate. Ei sunt constituiti dintr-un miez proteic cu unu sau mai multe lanturi glicozaminoglicanice atasate covalent.

Glicozaminoglicanii sunt polizaharide cu catena lunga neramificata care contin o unitate dizaharidica repetitiva. Unitatea dizaharidica contine un rest de N-acetilgalactozamina sau N-acetilglucozamina si un rest de acid uronic, precum glucoronat sau iduronat. Glicozaminoglicanii sunt molecule puternic incarcate negativ, cu o conformatie extinsa care confera solutiei o vascozitate ridicata. Proteoglicanii sunt remarcabili pentru diversitatea lor privind miezul proteic, numarul diferit de glicozaminoglicani, precum si lungimea si compozitia acestora. GLIS este unul dintre proteoglicanii fungici cei mai cunoscuti pentru proprietatile sale imunomodulatoare. Acest compus contine glucide si proteine intr-o proportie de 11,5:1. Asadar, partea glucidica a acestui proteoglican este formata din sapte monozaharide diferite, printre care predomina D-glucoza, D-galactoza si D-manoza intr-un raport molar de 3:1:1 [Zhang J., Tang Q., Zimmerman-Kordmann M., Reutter W., Fan H., 2002].